TWI685741B - Controlling device for storage system and storage space recovery method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本案係關於一種儲存系統之控制裝置,且特別是一種可讀寫快閃記憶體的控制裝置,以及其儲存空間回收方法。 This case relates to a control device for a storage system, and particularly to a control device that can read and write flash memory, and a method for recovering its storage space.
近年來,智慧型手機、平板電腦、桌上型電腦、數位相機等電子裝置迅速成長,造成消費者對於電子裝置內置之儲存裝置的需求亦增加,而快閃記憶體(Flash Memory)便是近年來電子產業中常用的儲存裝置。 In recent years, smart phones, tablet computers, desktop computers, digital cameras and other electronic devices have grown rapidly, resulting in increased consumer demand for storage devices built into electronic devices, and flash memory (Flash Memory) has been in recent years A storage device commonly used in the electronics industry.
快閃記憶體是一種非揮發性記憶體。以非及閘型(NAND)的快閃記憶體為例,快閃記憶體常被應用在記憶卡、通用序列匯流排閃存裝置(USB Flash Device)、固態硬碟(Solid State Disk,SSD)等儲存裝置。快閃記憶體所提供的儲存陣列係由複數個區塊(Blocks)所構成。各區塊包括複數頁(Pages)。快閃記憶體在複製或抹除(Erase)資料時,係以整個區塊內的所有頁為單位來進行。 Flash memory is a non-volatile memory. Taking NAND flash memory as an example, flash memory is often used in memory cards, USB flash devices, Solid State Disk (SSD), etc. Storage device. The storage array provided by the flash memory is composed of a plurality of blocks. Each block includes plural pages (Pages). When flash memory is copying or erasing (Erase) data, all pages in the entire block are used as a unit.
然而,傳統的快閃記憶體存在著幾個問題。傳統的快閃記憶體在複製資料時,係以區塊的邏輯位置來進行資料搬移。在複製資料的過程中,有用的資料與無用的資料(例如磁碟的空白區域)會一起被搬移。這些無用的資料會長時間儲存在傳統的快閃記憶體中,使得傳統的快閃記憶體需要執行空間回收(Garbage Collection)來清除無用的資料。傳統的快閃記憶體內的空白儲存空 間越少,執行空間回收的次數將增加,使得傳統的快閃記憶體的壽命減少。此外,當傳統的快閃記憶體寫入無用的資料時,傳統的快閃記憶體亦需要執行讀取-修改-寫入(Read-Modify-Write)的動作,使得中央處理單元的使用率上升。 However, there are several problems with traditional flash memory. When copying data, the traditional flash memory uses the logical position of the block to move the data. In the process of copying data, useful data and useless data (such as blank areas on the disk) will be moved together. These useless data will be stored in the traditional flash memory for a long time, so that the traditional flash memory needs to perform a space collection (Garbage Collection) to clear the useless data. Blank storage space in traditional flash memory The less time there is, the more times the space reclamation will be performed, making the life of traditional flash memory less. In addition, when the conventional flash memory writes useless data, the conventional flash memory also needs to perform a read-modify-write (Read-Modify-Write) action, which increases the utilization rate of the central processing unit .
本案實施例提供一種儲存系統之控制裝置。控制裝置包括資料讀寫電路以及判斷電路。判斷電路耦接於資料讀寫電路。資料讀寫電路用以讀取儲存裝置內儲存的至少一資料。判斷電路用以接收該資料,並判斷資料是否符合複數個預設資料形式之其中一者。當資料符合該些預設資料形式之其中一者,判斷電路輸出判斷訊號至韌體單元。接著,韌體單元根據判斷訊號更新邏輯實體對照表,並將資料之邏輯位置指向記憶體單元之複數個虛設資料空間之其中一者。該些虛設資料空間分別儲存了該些預設資料形式。最後,控制裝置控制儲存裝置清除資料。 The embodiment of the present invention provides a control device of a storage system. The control device includes a data reading and writing circuit and a judgment circuit. The judgment circuit is coupled to the data reading and writing circuit. The data read-write circuit is used to read at least one data stored in the storage device. The judging circuit is used to receive the data and judge whether the data conforms to one of a plurality of preset data forms. When the data conforms to one of the preset data forms, the judgment circuit outputs a judgment signal to the firmware unit. Then, the firmware unit updates the logical entity comparison table according to the judgment signal, and points the logical position of the data to one of the plurality of dummy data spaces of the memory unit. The dummy data spaces respectively store the preset data forms. Finally, the control device controls the storage device to clear the data.
本案實施例提供一種儲存空間回收方法。儲存空間回收方法適用於控制裝置。儲存空間回收方法包括以下步驟。步驟A:讀取儲存裝置內儲存的至少一資料。步驟B:判斷資料是否符合複數個預設資料形式之其中一者。步驟C:當資料符合該些預設資料形式之其中一者,輸出判斷訊號至韌體單元。步驟D:根據判斷訊號更新邏輯實體對照表,並將資料之邏輯位置指向記憶體單元之複數個虛設資料空間之其中一者。該些虛設資料空間分別儲存了該些預設資料形式。步驟E:控制儲存裝置清除資料。 The embodiment of the present case provides a storage space recovery method. The storage space recovery method is suitable for the control device. The storage space recovery method includes the following steps. Step A: Read at least one data stored in the storage device. Step B: Determine whether the data conforms to one of the multiple preset data forms. Step C: When the data conforms to one of the preset data forms, a judgment signal is output to the firmware unit. Step D: Update the logical entity comparison table according to the judgment signal, and point the logical position of the data to one of the plurality of dummy data spaces of the memory unit. The dummy data spaces respectively store the preset data forms. Step E: Control the storage device to clear the data.
綜上所述,本案實施例所提供之儲存系統之控制裝置及其儲存空間回收方法,可以將儲存裝置中無用的資料清除,進而減少儲存裝置執行空間回收的次數,使得儲存裝置的壽命延長。此外,當作業系統欲讀取的資料符合預設資料形式時,作業系統可直接從記憶體單元中獲得資料,而不需要透過儲存裝置,使得作業系 統的資料讀取速度提升。 In summary, the control device of the storage system and the storage space recovery method provided in the embodiment of the present invention can clear useless data in the storage device, thereby reducing the number of times the storage device performs space recovery, and prolonging the life of the storage device. In addition, when the data to be read by the operating system conforms to the preset data format, the operating system can obtain the data directly from the memory unit without the need to pass through the storage device, making the operating system The speed of data reading has been improved.
1‧‧‧儲存系統 1‧‧‧Storage system
10‧‧‧控制裝置 10‧‧‧Control device
11‧‧‧儲存裝置 11‧‧‧Storage device
12‧‧‧記憶體單元 12‧‧‧Memory unit
13‧‧‧韌體單元 13‧‧‧Firmware unit
14‧‧‧作業系統 14‧‧‧Operating system
100‧‧‧資料讀寫電路 100‧‧‧Data reading and writing circuit
101‧‧‧判斷電路 101‧‧‧ Judgment circuit
102‧‧‧傳輸電路 102‧‧‧Transmission circuit
103‧‧‧資料抹除電路 103‧‧‧Erasing circuit
S301~S305‧‧‧步驟流程 S301~S305‧‧‧Step flow
圖1是本案實施例所提供之儲存系統的結構示意圖。 FIG. 1 is a schematic structural diagram of a storage system provided by an embodiment of the present invention.
圖2是本案實施例所提供之控制裝置的結構示意圖。 FIG. 2 is a schematic structural diagram of the control device provided by the embodiment of the present invention.
圖3是本案實施例所提供之儲存空間回收方法的流程圖。 FIG. 3 is a flowchart of the storage space recovery method provided by the embodiment of the present invention.
圖4A是本案實施例所提供之更新前的邏輯實體對照表的示意圖。 FIG. 4A is a schematic diagram of a logical entity comparison table before updating provided by an embodiment of the present invention.
圖4B是本案實施例所提供之更新後的邏輯實體對照表的示意圖。 FIG. 4B is a schematic diagram of the updated logical entity comparison table provided by the embodiment of the present invention.
請參閱圖1,圖1是本案實施例所提供之儲存系統的結構示意圖。儲存系統1可設置於為智慧型手機、平板電腦、桌上型電腦、數位相機等電子裝置。儲存系統1包括控制裝置10、儲存裝置11、記憶體單元12、韌體單元13以及作業系統14。控制裝置10耦接於儲存裝置11、記憶體單元12、韌體單元13以及作業系統14。記憶體單元12耦接於作業系統14。韌體單元13耦接於作業系統14。
Please refer to FIG. 1, which is a schematic structural diagram of a storage system provided by an embodiment of the present invention. The
控制裝置10用以讀取儲存裝置11內儲存的資料,並判斷讀取到的資料是否符合複數個預設資料形式之其中一者。接著,控制裝置10根據判斷結果輸出一判斷訊號至韌體單元13。另一方面,控制裝置10亦可將資料寫入儲存裝置11。
The
進一步說,控制裝置10可依作業系統14輸出的資料讀取請求以讀取儲存裝置11內儲存的資料,並判斷資料是否符合該些預設資料形式之其中一者。當控制裝置10讀取到的資料符合其中一種預設資料形式,控制裝置10通知韌體單元13更新內部資料。接著,控制裝置10控制儲存裝置11清除該資料。另一方面,當
作業系統14沒有輸出資料讀取請求時,控制裝置10每隔一段時間執行背景掃瞄讀取(Background Scan Read),以讀取儲存裝置11內的資料,藉此達到資料保留。若控制裝置10沒有週期性地讀取儲存裝置11內的資料,儲存裝置11將會慢慢地漏電,使得資料流失。至於控制裝置10的內部結構將於下方段落配合圖2進行說明。
Furthermore, the
於本實施例中,該些預設資料形式中的第一預設資料形式係二進制全0資料(即十六進制全0x00資料),而該些預設資料形式中的第二預設資料形式係二進制全1資料(即十六進制全0xFF資料)。對於儲存系統1來說,二進制全0資料以及二進制全1資料可能係無用的資料。然而,本發明並不以此為限。於其他實施例中,所屬技術領域具有通常知識者亦可自行設計其他預設資料形式,本案並不對此做限制。
In this embodiment, the first preset data format among the preset data formats is binary all 0 data (ie, hexadecimal all 0x00 data), and the second preset data among the preset data formats The format is binary all 1 data (ie all hex 0xFF data). For the
儲存裝置11係一種可複寫式非揮發性記憶體,用以儲存資料。舉例來說,儲存裝置11為一種固態硬碟。儲存裝置11可包括基於浮動閘極或電荷收集技術之非及閘型的快閃記憶體(NAND Flash)、非或閘型的快閃記憶體(NOR Flash)、可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、電可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)或其任何組合。
The
儲存裝置11係由複數個區塊所構成,且該些區塊分別包括複數頁。儲存裝置11提供其他裝置(例如控制裝置10)根據實體頁之位址或實體區塊之位址等實體位址讀取或寫入儲存裝置11內的儲存媒體。
The
記憶體單元12係任何類型之揮發性記憶體,用以暫存資料。舉例來說,記憶體單元12係靜態隨機存取記憶體(SRAM)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、同步動態隨機存取記憶體(SDRAM)、雙資料速率動態隨機存取記憶體(DDR DRAM)、快取記憶體、唯讀記憶體(ROM)或其任何組合。本實施例係以記憶體單元12為動態
隨機存取記憶體為例。
The
值得一提的是,記憶體單元12包括複數個虛設資料空間,該些虛設資料空間分別儲存了該些預設資料形式。舉例來說,記憶體單元12之第一虛設資料空間中儲存了第一預設資料形式(即二進制全0資料),而記憶體單元12之第二虛設資料空間中儲存了第二預設資料形式(即二進制全1資料)。附帶一提,於本實施例中,第一虛設資料空間的實體位址係00,而第二虛設資料空間的實體位址係FF。
It is worth mentioning that the
韌體單元13用以儲存一韌體。韌體單元130例如為唯讀記憶體或快閃記憶體,而韌體例如為基本輸入輸出系統(Basic Input or Output System,BIOS)、可延伸韌體介面(Extensible Firmware Interface,EFI)BIOS或聯合可延伸韌體介面(Unified Extensible Firmware Interface,UEFI)BIOS等。此外,韌體單元13還儲存了一邏輯實體對照表。邏輯實體對照表記錄了韌體單元13內的邏輯位址與儲存裝置11內的實體位址之對應關係。韌體單元13根據控制裝置10提供的判斷訊號更新邏輯實體對照表,並將判斷訊號內指示的資料之邏輯位置指向記憶體單元12之該些虛設資料空間之其中一者。詳細的更新流程相於下方段落配合圖3、4A、4B進行說明。
The
作業系統14用以操作儲存系統1。具體來說,作業系統14可以輸出資料讀取請求給韌體單元13,韌體單元13再根據邏輯實體對照表命令控制裝置10從儲存裝置11獲取資料。資料讀取請求包括作業系統14欲讀取之資料的邏輯位址。值得一提的是,當作業系統14欲讀取的資料符合該些預設資料形式之其中一者,韌體單元13通知作業系統14直接讀取記憶體單元12中對應的該些虛設資料空間,以直接獲得作業系統14想要的資料。
The
請參閱圖2,圖2是本案實施例所提供之控制裝置的結構示意圖。控制裝置10包括資料讀寫電路100、判斷電路101、傳輸電
路102以及資料抹除電路103。資料讀寫電路100耦接於儲存裝置11、判斷電路101以及傳輸電路102。判斷電路101耦接於韌體單元13、傳輸電路102以及資料抹除電路103。傳輸電路102耦接於記憶體單元12以及韌體單元13。資料抹除電路103耦接於儲存裝置11。
Please refer to FIG. 2, which is a schematic structural view of the control device provided by the embodiment of the present invention. The
資料讀寫電路100用以讀取儲存裝置11內儲存的至少一資料。具體來說,資料讀寫電路100每隔一段時間執行背景掃瞄讀取,以讀取儲存裝置11內的資料。或者,資料讀寫電路100根據作業系統14輸出的資料讀取請求對應地讀取儲存裝置11內的資料。
The data read-
判斷電路101用以接收資料讀寫電路100讀取到的資料,並判斷該資料是否符合該些預設資料形式之其中一者。當讀取到的資料符合該些預設資料形式之其中一者,判斷電路101輸出判斷訊號至韌體單元13。判斷訊號內包括複數個判斷位元。該些判斷位元分別對應於不同的預設資料形式。即判斷位元的數量正比於判斷電路101設定之預設資料形式的數量。
The judging
舉例來說,當判斷電路101判定資料符合第一預設資料形式,判斷電路101將判斷訊號中的第一判斷位元標記為1。此時其他判斷位元(例如第二判斷位元)被標記為0。同理,當判斷電路101判定資料符合第二預設資料形式,判斷電路101將判斷訊號中的第二判斷位元標記為1,並將其他判斷位元標記為0。另一方面,若資料不符合任何一種預設資料形式,判斷電路101將所有的判斷位元標記為0。換句話說,韌體單元13可根據判斷訊號直接判斷資料是否符合其中一種預設資料形式,以更新邏輯實體對照表。
For example, when the
傳輸電路102用以將資料寫入記憶體單元12。具體來說,當作業系統14欲讀取的資料不符合該些預設資料形式,判斷電路101根據韌體單元13之邏輯實體對照表控制控制資料讀寫電路100從儲存裝置11中讀取對應的資料。資料讀寫電路100將讀取
到的資料輸出至傳輸電路102。傳輸電路102將資料讀寫電路100讀取到的資料輸出至記憶體單元12,並通知韌體單元13該資料於記憶體單元12中的位址。最後,韌體單元13通知作業系統14自記憶體單元12獲取資料。
The
另一方面,當作業系統14欲讀取之資料符合該些預設資料形式之其中一者(例如為第一預設資料形式),判斷電路10根據邏輯實體對照表輸出記憶體單元12之第一虛設資料空間中的實體位址00至作業系統14。最後,作業系統14直接讀取第一虛設資料空間以獲得第一預設資料形式所對應的資料。
On the other hand, when the data to be read by the
資料抹除電路103受控於判斷電路101,用以清除儲存裝置11內儲存的資料。
The
以下將進一步說明控制裝置10如何回收儲存裝置11內的儲存空間。請參閱圖3,圖3是本案實施例所提供之儲存空間回收方法的流程圖。圖3之儲存空間回收方法適用於圖2之控制裝置10。此時,作業系統14並未輸出資料讀取請求,故控制裝置10執行背景掃瞄讀取。於步驟S301,資料讀寫電路100讀取儲存裝置11內的資料,並將讀取到的資料輸出至判斷電路101。於步驟S302,判斷電路101判斷資料是否符合該些預設資料形式之其中一者。若資料符合該些預設資料形式之其中一者,進入步驟S303。反之,若資料不符合該些預設資料形式之其中一者,回到步驟S301,以讀取下一個資料。
The following further describes how the
於步驟S303,判斷電路101根據該資料符合的預設資料形式對應地標記判斷訊號內的判斷位元,並輸出判斷訊號至韌體單元13。於本實施例中來說,該資料符合第一預設資料形式。因此,判斷電路101將判斷訊號內的第一判斷位元標記為1,並輸出判斷訊號至韌體單元13。
In step S303, the
於步驟S304,韌體單元13根據判斷訊號更新邏輯實體對照表,以將該資料之邏輯位置指向記憶體單元12之該些虛設資料空
間之其中一者(例如第一虛設資料空間)。
In step S304, the
於步驟S305,判斷電路101輸出抹除訊號至資料抹除電路103,使得資料抹除電路103控制儲存裝置11清除該資料,以回收該資料所佔用的儲存空間。
In step S305, the
如此一來,儲存裝置11內的儲存空間可以被釋放。儲存裝置11在重整內部之儲存空間的過程中可以節省不必要的資料搬移,以延長儲存裝置11的壽命。此外,當作業系統14欲讀取第一預設資料形式所對應的資料時,韌體單元13根據邏輯實體對照表通知作業系統14直接讀取記憶體單元12之第一虛設資料空間。據此,作業系統14可以從記憶體單元13獲得該資料而不需要透過儲存裝置11,使得作業系統14的資料讀取速度提升。
In this way, the storage space in the
值得一提的是,控制裝置10還具有一錯誤檢查與糾正(Error Checking and Correcting)功能,並在讀取該資料時對資料執行一錯誤校正程序。具體來說,判斷電路101在判斷該資料是否符合該些該些預設資料形式之其中一者的過程中,可以同時執行錯誤校正程序,以檢查該資料內的位元。若錯誤校正程序顯示該資料錯誤,判斷電路101通知作業系統14該資料異常,或是直接控制資料抹除電路103清除該資料。若錯誤校正程序顯示該資料正確,判斷電路101繼續執行圖3之步驟S303~S305,以釋放儲存空間。
It is worth mentioning that the
附帶一提,於本實施例中,記憶體單元12係動態隨機存取記憶體。因此,當儲存系統1關閉時,記憶體單元12內儲存的該些預設資料形式會被清除。當儲存系統1再次被啟動時,控制裝置10再將該些預設資料形式分別存入對應的虛設資料空間。
Incidentally, in this embodiment, the
以下將舉一實際例子來說明控制裝置10如何回收儲存裝置11內的儲存空間。請參閱圖4A、4B,圖4A是本案實施例所提供之更新前的邏輯實體對照表的示意圖。圖4B是本案實施例所提供之更新後的邏輯實體對照表的示意圖。圖4A與4B中分別繪示了韌體單元13內儲存的邏輯實體對照表以及儲存裝置11中資料之
實體位址與資料內容的對應關係表。此時,儲存裝置11中已儲存了無用的資料(即二進制全0資料以及二進制全1資料)。
A practical example will be given below to explain how the
首先,控制裝置10同樣執行背景掃瞄讀取,並從儲存裝置11中讀取實體位址25、94、388所儲存的資料。判斷電路101判斷實體位址25中儲存的是二進制全0資料,實體位址94中儲存的是二進制全1資料,而實體位址388中儲存的並非是二進制全0資料以及二進制全1資料。另一方面,於圖4A之邏輯實體對照表中,實體位址25係對應於邏輯位址10,實體位址388係對應於邏輯位址11,而實體位址94係對應於邏輯位址12。
First, the
接著,判斷電路101分別輸出第一判斷訊號、第二判斷訊號以及第三判斷訊號至韌體單元13。第一判斷訊號係用以指示實體位址25所儲存的資料是否符合該些預設資料形式。第二判斷訊號係用以指示實體位址94所儲存的資料是否符合該些預設資料形式。第三判斷訊號係用以指示實體位址388所儲存的資料是否符合該些預設資料形式。由於實體位址25所儲存的資料符合第一預設資料形式,判斷電路101將第一判斷訊號中的第一判斷位元標記為1,而其他判斷位元標記為0。另一方面,由於實體位址94所儲存的資料符合第二預設資料形式,判斷電路101將第二判斷訊號中的第二判斷位元標記為1,而其他判斷位元標記為0。由於實體位址388所儲存的資料不符合第一預設資料形式以及第二預設資料形式,判斷電路101將第三判斷訊號中的所有判斷位元標記為0。
Then, the
韌體單元13接收第一、第二、第三判斷訊號,並根據第一、第二、第三判斷訊號將圖4A之邏輯實體對照表更新為圖4B之邏輯實體對照表。具體來說,韌體單元13更新邏輯位址10、12所對應的實體位址。更新後的邏輯位址10指向記憶體單元12中的第一虛設資料空間的實體位址00,而更新後的邏輯位址12指向記憶體單元12中的第二虛設資料空間的實體位址FF。據此,作業
系統14可根據圖4B之邏輯實體對照表直接從第一虛設資料空間中讀取二進制全0資料,或從第二虛設資料空間中讀取二進制全1資料。
The
或者,當作業系統14欲讀取實體位址388儲存的資料時,判斷電路13根據韌體單元13提供之邏輯實體對照表控制資料讀取單元100讀取實體位址388。接著傳輸電路102輸出實體位址388所對應的資料至記憶體單元12。韌體單元13再通知作業系統14至記憶體單元12讀取想要的資料。
Alternatively, when the
最後,資料抹除電路103控制儲存設備11清除實體位址25、94中儲存的資料,以釋放實體位址25、94的儲存空間。
Finally, the
綜上所述,本案實施例所提供之儲存系統之控制裝置及其儲存空間回收方法,可以將儲存裝置中無用的資料清除,進而減少儲存裝置執行空間回收的次數,使得儲存裝置的壽命延長。此外,當作業系統欲讀取的資料符合預設資料形式時,作業系統可直接從記憶體單元中獲得資料,而不需要透過儲存裝置,使得作業系統的資料讀取速度提升。 In summary, the control device of the storage system and the storage space recovery method provided in the embodiment of the present invention can clear useless data in the storage device, thereby reducing the number of times the storage device performs space recovery, and prolonging the life of the storage device. In addition, when the data to be read by the operating system conforms to the preset data format, the operating system can directly obtain the data from the memory unit without using a storage device, so that the data reading speed of the operating system is increased.
另一方面,本案實施例所提供之儲存空間回收方法係由控制裝置來執行。因此,儲存系統之中央處理器的使用率不會因為儲存裝置執行空間回收而增加。 On the other hand, the storage space recovery method provided by the embodiment of the present invention is executed by the control device. Therefore, the utilization rate of the central processing unit of the storage system will not increase because the storage device performs space recovery.
10‧‧‧控制裝置 10‧‧‧Control device
11‧‧‧儲存裝置 11‧‧‧Storage device
12‧‧‧記憶體單元 12‧‧‧Memory unit
13‧‧‧韌體單元 13‧‧‧Firmware unit
100‧‧‧資料讀寫電路 100‧‧‧Data reading and writing circuit
101‧‧‧判斷電路 101‧‧‧ Judgment circuit
102‧‧‧傳輸電路 102‧‧‧Transmission circuit
103‧‧‧資料抹除電路 103‧‧‧Erasing circuit
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